A produção biotecnológica em escala industrial de proteínas e vitaminas é economicamente viável
Alimentar o mundo com proteínas que não dependem da agricultura
Os investigadores estão a desenvolver processos biotecnológicos que permitem aos microrganismos produzir proteínas e vitaminas para consumo humano utilizando ingredientes químicos básicos, como o dióxido de carbono, o hidrogénio e o oxigénio – contornando totalmente a pecuária e a agricultura. Uma vez que estes métodos também requerem um aporte de energia, são popularmente designados por processos «power-to-protein» e «power-to-vitamin». O professor Lars Angenent, biotecnólogo ambiental do cluster de excelência «Control of Microorganisms to Fight Infections» (CMFI) da Universidade de Tübingen, otimizou um desses processos em laboratório; este produz proteínas, bem como vitamina B9, também conhecida como ácido fólico.
O processo é único, na medida em que compreende duas etapas, utilizando sequencialmente dois microrganismos diferentes. Angenent e a sua equipa têm vindo a trabalhar para determinar se é possível ampliá-lo para uma produção industrial viável do ponto de vista técnico e económico. Concluíram que uma unidade de produção capaz de fornecer à dose diária recomendada de vitamina B9 a 5,6 milhões de pessoas e de contribuir para a sua ingestão de proteínas a preços de mercado se pagaria a si própria ao fim de apenas cinco anos. O estudo foi publicado na revista PNAS.
O crescimento da população mundial e o aquecimento global representam grandes desafios para a agricultura convencional. A pecuária, em particular, consome muitos recursos e contribui significativamente para a libertação de substâncias nocivas para o ambiente. De acordo com estimativas das Nações Unidas, já em 2023, 733 milhões de pessoas — mais de 9% da população mundial — sofriam de subnutrição. «Receia-se que este número continue a aumentar. Especialmente nos países mais pobres, as necessidades proteicas não podem ser satisfeitas», afirma Lars Angenent. O corpo humano não consegue produzir por si só todos os nutrientes essenciais e depende da ingestão de determinadas proteínas e vitaminas.
Os preços da eletricidade têm um impacto significativo no custo global
As instalações de conversão de energia em proteínas e de conversão de energia em vitaminas necessitam de energia para operar os biorreatores. Trata-se de recipientes que contêm o líquido no qual os micróbios convertem as matérias-primas nos produtos desejados sob condições controladas, tais como temperatura e pressão constantes. É necessária energia adicional para produzir hidrogénio livre a partir da água. No sistema de biorreatores de duas fases de Angenent, a bactéria Thermoanaerobacter kivui reduz o dióxido de carbono a acetato utilizando hidrogénio num ambiente isento de oxigénio durante a primeira etapa de produção. A bactéria é pouco exigente e produz o ácido fólico necessário para a produção de acetato. Posteriormente, a levedura de panificação — um fungo denominado Saccharomyces cerevisiae — converte o acetato em proteínas na presença de ar. «A própria levedura, enriquecida com proteínas e ácido fólico, é segura para consumo. Como suplemento alimentar tomado em pequenas quantidades diárias para satisfazer as necessidades de vitamina B9, é um alimento seguro», afirma Angenent. «Se for necessário satisfazer a totalidade das necessidades proteicas através de proteínas produzidas por microrganismos, a levedura tem de ser purificada para remover substâncias que possam provocar gota, por exemplo. Nesse caso, o processo de fabrico torna-se, consequentemente, mais complexo.»
Uma instalação de biorreatores de duas fases com um volume de 1 750 metros cúbicos, tal como descrito no cálculo de exemplo da equipa de investigação em biotecnologia, poderia produzir 12,9 quilotoneladas de levedura por ano, contendo 813 quilogramas de ácido fólico e 5,6 quilotoneladas de proteína. Esta quantidade seria suficiente para fornecer a 5,6 milhões de pessoas a dose diária recomendada de ácido fólico e 5 por cento das suas necessidades proteicas. A um preço de 20 dólares por quilograma de levedura enriquecida, a unidade de produção amortizar-se-ia em cinco anos. «De acordo com os nossos cálculos, o preço mínimo para uma produção economicamente viável é determinado principalmente pelo preço da eletricidade e pela energia necessária para a eletrólise, que é utilizada para produzir hidrogénio», afirma Angenent. «Em condições ideais, o preço poderia ser reduzido para 4,53 dólares por quilograma se, por exemplo, não houvesse custos associados à produção de dióxido de carbono e a taxa de produção de levedura pudesse ser ainda mais aumentada.» Se o processo em duas etapas for utilizado principalmente para fornecer proteínas às pessoas de forma completa, a levedura deve ser submetida a um tratamento térmico para purificação. «Isto elevaria o preço mínimo para 14,24 dólares por quilo de levedura; a um preço de 20 dólares, o equipamento pagaria a si próprio em sete anos.»
Em ambos os modelos de produção, os testes revelaram que não existem problemas técnicos para a transição para uma instalação industrial. «Os produtos obtidos situar-se-iam na mesma gama de preços que outros produtos proteicos derivados de levedura, plantas, soro de leite ou algas e provavelmente conseguiriam competir no mercado alimentar», afirma Angenent. No entanto, os cálculos revelaram também que, nos processos «power-to-protein» e «power-to-vitamin», os processos eletroquímicos para a produção de hidrogénio, em particular, precisariam de ser mais desenvolvidos para alcançar uma maior eficiência. «No entanto, os processos têm um grande potencial económico sob várias perspetivas. Por exemplo, a pegada de carbono da produção de proteínas e vitaminas poderia ser significativamente reduzida em comparação com a produção a partir de animais e plantas.»
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